TALVIVAARA SOTKAMO OY PURKUPAIKKASELVITYS 16X TALVIVAARA SOTKAMO OY Selvitys mahdollisista uusista purkupaikoista

Transkriptio

1 TALVIVAARA SOTKAMO OY PURKUPAIKKASELVITYS 16X TALVIVAARA SOTKAMO OY Selvitys mahdollisista uusista purkupaikoista

2

3 1 Talvivaara Sotkamo Oy Selvitys mahdollisista uusista purkupaikoista Sisältö 1 TAUSTATIEDOT JA TOIMEKSIANTO SUUNNITTELUTYÖN YLEISET TOTEUTUSPERIAATTEET POTENTIAALISTEN PURKUPAIKKOJEN KARTOITUS VAIHTOEHDOT VUOROKAUSIVIRTAAMAT JA NIIDEN VAIHTELU Vaihtoehto 1: Katerma Vaihtoehto 2: Tenetti Vaihtoehto 3: Tikkalahti Vaihtoehto 4: Oulujärven Toukansalmi Vaihtoehto 5: Oulujärven Alassalmi PURKUALUEIDEN VESISTÖJEN TILA JA VESIENHOIDON TAVOITTEET LAIMENTUMISOLOT JATKOTARKASTELUUN VALITUT VAIHTOEHDOT JA NIIDEN VESISTÖVAIKUTUSTEN ARVIOINTI VAIHTOEHTOJEN VALINTA VESIEN KÄSITTELY JA KUORMITUS ALKULAIMENTUMISEN ARVIOINTI VAIHTOEHTO 1: TENETTI VAIHTOEHTO 2: TIKKALAHTI VAIHTOEHTO 3: TOUKANSALMI YHTEENVETO ALKULAIMENNUSLASKELMISTA JÄTEVESIEN KULKEUTUMINEN JA JATKOLAIMENTUMINEN MALLIN KALIBROINTI JORMASJÄRVEN HAVAINNOILLA KULKEUTUMISEN MALLINNUS JA LÄHTÖARVOT Vaihtoehto 1: Jätevesien kulkeutuminen ja laimentuminen Tenetin vaihtoehdossa Tenetti, kuiva vuosi, alkuvuosien kuormitus (SO 4 =30000 tn, 4000 mg/l) Tenetti, kuiva vuosi, loppuvuosien kuormitus (SO 4 =10000 tn, 2000 mg/l) Tenetti, märkä vuosi, alkuvuosien kuormitus (SO 4 = tn, 4000 mg/l) Tenetti, märkä vuosi, loppuvuosien kuormitus (SO 4 =10000 tn, 2000 mg/l) Vaihtoehto 2: Jätevesien kulkeutuminen ja laimentuminen Tikkalahden vaihtoehdossa Tikkalahti, kuiva vuosi, alkuvuosien kuormitus (SO 4 =30000 tn, 4000 mg/l) Tikkalahti, kuiva vuosi, loppuvuosien kuormitus (SO 4 =10000 tn, 2000 mg/l) Tikkalahti, märkä vuosi, alkuvuosien kuormitus (SO 4 =30000 tn, 4000 mg/l) Tikkalahti, märkä vuosi, loppuvuosien kuormitus (SO 4 =10000 tn, 2000 mg/l) Vaihtoehto 3: Jätevesien kulkeutuminen ja laimentuminen Toukansalmen vaihtoehdossa Toukansalmi, kuiva vuosi, alkuvuosien kuormitus (SO 4 =30000 tn, 4000 mg/l) Toukansalmi, kuiva vuosi, loppuvuosien kuormitus (SO 4 =10000 tn, 2000 mg/l) Toukansalmi, märkä vuosi, alkuvuosien kuormitus (SO 4 =30000 tn, 4000 mg/l) Toukansalmi, märkä vuosi, loppuvuosien kuormitus (SO 4 =10000 tn, 2000 mg/l) YHTEENVETO JÄTEVESIEN KULKEUTUMISESTA JA LAIMENEMISESTA ERI LASKENTAVAIHTOEHDOILLA MALLINNUKSEN EPÄVARMUUSTEKIJÄT JA ARVIO VIRHEMARGINAALISTA VESISTÖJEN NYKYTILA JA KÄYTTÖ PURKUPAIKKAVAIHTOEHTOALUEIDEN YHDYSKUNTARAKENNE Yhdyskuntarakenteen seurantajärjestelmän (YKR) käsitteiden määritelmät VAIHTOEHTO 1: TENETTI Kuormitus Vedenlaatu ja alueen nykytila Kaavoitustilanne Vesistön käyttö... 97

4 Kalastus Muu käyttö VAIHTOEHTO 2: TIKKALAHTI Kuormitus Vedenlaatu ja alueen nykytila Kaavoitustilanne Vesistön käyttö Kalastus Muu käyttö VAIHTOEHTO 3: TOUKANSALMI Kuormitus Vedenlaatu ja alueen nykytila Kaavoitustilanne Vesistön käyttö Kalastus Muu käyttö YHTEENVETO PURKUPAIKKAVAIHTOEHTOJEN VERTAILU TIIVISTELMÄ JA JOHTOPÄÄTÖKSET VIITTEET Liitteet Liite 1 Kartta Pohjakartat Maanmittauslaitoksen aineistoja Pöyry Finland Oy ( Jaakko Saukkoriipi, FT Kari Kainua, FM Heimo Vepsä, FM Pirkko Virta, FM Eeva-Leena Anttila, FM Eero Taskila, FM Hanna Kurtti, DI Pekka Majuri, FM Elina Saine, FM Yhteystiedot PL 20, Tutkijantie 2 A OULU puh sähköposti etunimi.sukunimi@poyry.com

5 Vastuuvapauslauseke Pöyry Finland Oy ( Pöyry ) pidättää kaikki oikeudet tähän raporttiin. Raportti on luottamuksellinen ja laadittu yksinomaan Talvivaara Sotkamo Oy:n ( Asiakas ) käyttöön. Raportin käyttö muiden kuin Asiakkaan toimesta ja muuhun kuin Asiakkaan ja Pöyryn välisessä sopimuksessa tarkoitettuun tarkoitukseen on sallittu ainoastaan Pöyryn etukäteen antaman kirjallisen suostumuksen perusteella. Raportti on laadittu noudattaen Pöyryn ja Asiakkaan välisen sopimuksen ehtoja. Pöyryn tähän raporttiin liittyvä tai siihen perustuva vastuu määräytyy yksinomaan kyseisten sopimusehtojen mukaisesti. Raportissa hyödynnetyt vesimäärät ja juoksutusvesien laatutiedot perustuvat olennaisilta osin Pöyryn Asiakkaalta, kolmansilta osapuolilta tai ulkopuolisista lähteistä saamiin tietoihin. Pöyry ei ole tarkistanut minkään Asiakkaalta, kolmansilta osapuolilta tai ulkopuolisista lähteistä saadun ja raportin laatimiseen käytetyn tiedon oikeellisuutta tai täydellisyyttä, koska se ei ole kuulunut Pöyryn toimeksiannon laajuuteen. Pöyry ei anna raportin perusteella tai siihen liittyen mitään vakuutusta (nimenomaista tai konkludenttista) eikä vastaa sen sisältämien tietojen ja arvioiden oikeellisuudesta. Raportti sisältää lisäksi tulevaisuutta koskevia lausuntoja, jotka perustuvat tämänhetkisten tietojen perusteella tehtyihin arvioihin tulevasta kehityksestä ja sisältävät oletuksia tulevasta kehityksestä. Pöyry ei vastaa miltään osin näiden tulevaisuutta koskevien lausuntojen sisällöstä, täsmällisyydestä tai toteutumisesta. Pöyry ei vastaa kolmannelle osapuolelle tämän raportin käyttämisen tai siihen luottamisen perusteella aiheutuneesta haitasta taikka mistään välittömästä tai välillisestä vahingosta. 3

6 1 TAUSTATIEDOT JA TOIMEKSIANTO 4 Aluehallintovirasto on antanut Talvivaara Sotkamo Oy:n kaivoksen toimintaa ja vesistöpäästöjä koskevan uuden lupapäätöksen (Nro 52/2013/1, Dnro PSAVI/12/04.08/2013), jolla se on muuttanut ja tarkentanut määräyksiä koskien kaivoksen jätevesien varastointia, puhdistamista ja johtamista Oulujoen ja Vuoksen vesistöihin. Uudessa päätöksessä on annettu vuodesta 2014 lähtien tiukkenevat raja-arvot kokonaiskuormitukselle nykyisiin pieniin latvavesistöihin lupapäätöksessä mainittujen kuormitussuureiden osalta. Niiden saavuttaminen edellyttää nopealla aikataululla tapahtuvaa vesien käsittelyn tehostamista. Mikäli teknisin toimenpitein kuormitusta ei saada pienennettyä kyseiselle tasolle, on luvan saajan toiminnan jatkamisen mahdollistamiseksi löydettävä yksi tai useampi, laimenemisolosuhteiltaan parempi purkupaikka ainakin osalle muodostuvista jätevesistä. Mahdollinen uusi purkupaikka edellyttää ympäristölupaa ja sitä koskevassa hakemuksessa on oltava mm. kattavat vaihtoehto- ja vaikutusarvioselvitykset. Tämä raportti sisältää purkupaikkaselvitykseen liittyvät vesistötarkastelut. Työn ulkoisena laadunvarmistajana on toiminut professori Bjørn Kløve Oulun yliopiston Vesi- ja ympäristötekniikan laboratoriosta. 2 SUUNNITTELUTYÖN YLEISET TOTEUTUSPERIAATTEET Kaivoksen jätevesien vesistövaikutusten pienentäminen voi tapahtua joko kokonaiskuormitusta merkittävästi vähentämällä, mikä edellyttää poistovesien määrän ja niiden sisältämien ainepitoisuuksien tuntuvaa pienentämistä tai/sekä sekoittumisoloiltaan nykyisiä latvavesiä parempien purkupaikkojen käyttöönottoa. Lupapäätöksessä on määrätty, että kaivosalueelta nykyisiin purkupaikkoihin johdettavien jätevesien yhteenlaskettu päästö voi olla vuodesta 2015 alkaen enintään, Nikkeli 250 kg/a Kupari 150 kg/a Sinkki 300 kg/a Mangaani kg/a Sulfaatti t/a Natrium 650 t/a. Päästömäärä muodostuu johdettavista vesimääristä ja niiden sisältämistä ainepitoisuuksista. Päästövesien sulfaattipitoisuuden on uuden ympäristöluvan mukaisesti oltava jatkossa enintään 1000 mg/l ja mangaanipitoisuuden 2 mg/l. Tässä selvityksessä kuormitustietoina (vesimäärät ja ainepitoisuudet sekä niiden vaihtelu) käytetään yhtiön vesienhallintasuunnitelmassa esittämiä tietoja. Tiedot perustuvat yhtiön omiin suunnitelmiin ja laskelmiin, eikä tässä työssä arvioida niiden oikeellisuutta tai toteutusedellytyksiä.

7 3 POTENTIAALISTEN PURKUPAIKKOJEN KARTOITUS Vaihtoehdot Nykyiset purkupaikat sijaitsevat Vuoksen (04.) ja Oulujoen (59.) vesistöalueilla (Kuva 1). Lupaehtojen mukaisesti kaivosalueelta syntyvät prosessi-, kuivatus- ja valumavedet saadaan johtaa vesistöihin tasaisesti Kalliojoen virtaamiin suhteutettuna. Luvan mukaan kuhunkin purkusuuntaan johdettavan jäteveden vuorokausivirtaama saa olla välisenä aikana enintään 15 % ja muina aikoina enintään 10 % johtamista edeltäneen Kalliojoen alaosan 7 vuorokauden keskivirtaamasta. Vuoksen suunnalla kaivosalue sijaitsee aivan sen latvaosilla (4.645, Kivijoen valuma-alue), Oulujoen suunnalla alue sijaitsee päävaluma-alueen sivussa, sen pienen osavaluma-alueen (59.885, Tuhkajoen valuma-alue) latvoilla. Valuma-alueet nykyisillä purkupaikoilla ovat pieniä, jolloin vastaanottavien vesistöjen virtaamat ovat myös pieniä ja niiden suhteelliset vaihtelut ovat suuria. Kaavio purkuvesistöistä on esitetty kuvassa (Kuva 2). Kaivoksella tehtävät laajamittaiset rakennustyöt pienentävät ja muuttavat jossain määrin valuma-alueiden kokoja ja niiden keskinäisiä suhteita. Prosessivesiä ja aluekuivatusvesiä johdetaan molemmille vesistöalueille. Lisäksi Vuoksen vesistön suunnassa käsitellyt jätevedet on johdettava Ylä-Lumijärven ohi Lumijokeen.

8 6 Kuva 1. Talvivaaran kaivosalueen likimääräinen sijainti vesistöalueilla. Karttapohja SYKE, Suomen vesistöaluejako.

9 7 Jylhämä F = km 2 MQ = 227 m 3 /s Toukansalmi F = km 2 MQ = 196 m 3 /s Leppikoski F = 8625 km 2 MQ = 103 m 3 /s Hyrynsalmen reitti Tenetti F = 6675 km 2 MQ = 76,0 m 3 /s Katerma F = 4995 km 2 MQ = 56,4 m 3 /s Oulujärvi Nuasjärvi Pirttijärvi Iso ja Pieni Kiimanen Ontojärvi 57 Siikajoen vesistöalue Alassalmi F = km 2 MQ = 209 m 3 /s Koivukoski F = 7475 km 2 MQ = 89,6 m 3 /s Jormasjärvi Kolmisoppi Kaivosalue Jormasjärvi luusua F = 300 km 2 MQ = 4,2 m 3 /s Kolmisoppi F = 105 km 2 MQ = 1,1 m 3 /s 59 Oulujoen vesistöalue 4 Vuoksen vesistöalue Kivijärvi Kivijärvi luusua F = 43 km 2 MQ =0,5 m 3 /s Laakajärvi Kiltuanjärvi Laakajärvi luusua F = 464 km 2 MQ =6,0 m 3 /s Haapajärvi Päsmäri Nurminen Sälevä Sälevä F = 1132km 2 MQ =14,0 m 3 /s Kuva 2. Vesistökaavio kaivoksen nykyisistä purkureiteistä. Vastaanottavien vesien pienet virtaamat yhdessä purkuvesien korkeiden pitoisuuksien kanssa ovat johtaneet mm. erittäin korkeisiin sulfaattipitoisuuksiin purkualueen lähivesistöissä ja saaneet aikaiseksi lähialueen järvien pysyvän kerrostumisen. Tässä purkupaikkaselvityksessä kartoitettiin kaikki ne potentiaaliset purkuvesistöt, jotka sijaitsevat noin 50 km:n säteellä kaivoksesta ja missä valuma- alueiden koon ja järvisyyden perusteella voidaan arvioida olevan selvästi nykyistä paremmat laimenemisolot. Virtaamien arvioinnissa käytettiin apuna vesistömallijärjestelmää. Karkean virtaamatarkastelun avulla voitiin todeta, että: Nykyisten purkualueiden keskivirtaamat (MQ) ovat alle 1 m 3 /s Sotkamon reitillä keskivirtaamat ovat luokkaa m 3 /s Oulujärven alueella keskivirtaamat ovat luokkaa m 3 /s Vuoksen suunnalla keskivirtaamat ovat luokkaa 6 14 m 3 /s Edellä kuvatun virtaamatarkastelun perusteella päädyttiin siihen, että potentiaalisia purkualueita on löydettävissä vain Oulujen vesistöalueelta. Vuoksen vesistöalueella vielä 50 km etäisyydellä kaivosalueesta virtaamat ovat edelleen kohtuullisen alhaisia, jolloin päästöt eivät laimene riittävästi. Oulujoen vesistöalueelta valittiin tarkempaan tarkasteluun viisi vaihtoehtoista purkualuetta, joiden nykyinen vedenlaatu ja asutus kartoitettiin yleispiirteisesti käyttäen apuna olemassa olevia kartta- ja viranomaistiedostoja (mm. veden laatu). Tarkasteltavat vaihtoehdot on esitetty kuvassa (Kuva 3).

10 8 Kuva 3. Lähempään tarkasteluun valitut potentiaaliset purkualueet Oulujoen vesistöalueella. 3.2 Vuorokausivirtaamat ja niiden vaihtelu Vaihtoehto 1: Katerma Sotkamon reitillä sijaitsevassa Katermassa purkualueen valuma-alue on noin km 2. Keskivirtaama on luokkaa 56 m 3 /s. Katermassa keskialivirtaama, MNQ (vuosittaisten alimpien vuorokausivirtaamien keskiarvo), on hyvin pieni 0,3 m 3 /s (Kuva 4, Vesistömallijärjestelmä). Oulujoen vesistö on voimakkaasti säännöstelty, jolloin virtaamat eivät vaihtele luonnontilaiselle järvelle tyypillisesti, vaan niihin vaikuttaa energiantarpeen vaihtelu. Hydrologisen vuosikirjan mukaan Ontojärven luusuassa (asteikko 2250) vuosijakson keskialivirtaama (MNQ) on 0,63 m 3 /s ja vuosijaksolla ,00 m 3 /s. Alueen etäisyys kaivosalueelta on noin 50 km.

11 9 Kuva 4. Sotkamon reitin Katerman alueen vuorokausivirtaamien keski- ja ääriarvoja Vaihtoehto 2: Tenetti Sotkamon reittiä alaspäin mentäessä Tenetin virrassa Sotkamon taajaman kohdalla valuma-alue on kasvanut vaihtoehtoon 1 verrattuna vajaalla 1700 km 2 :llä, ollen luokkaa 6675 km 2. Tenetin virran keskivirtaama (MQ) vuosijaksolla (Vesistömallijärjestelmä) on 76 m 3 /s ja keskialivirtaama (MNQ) on luokkaa 13,3 m 3 /s (Kuva 5). Kaivosalueelta on Tenetin virralle matkaa linnuntietä noin 20 km. Kuva 5. Sotkamon reitin Tenetinvirran vuorokausivirtaamien keski- ja ääriarvoja Vaihtoehto 3: Tikkalahti Kolmas tarkasteltava purkualue on Nuasjärven Tikkalahti Tenetinvirran alapuolella Jormasjokisuun yläpuolella. Tenetinvirtaan verrattuna valuma-alue ei juuri kasva. Pääosa Tenetinvirrasta purkautuvista vesistä virtaa lahden pohjoisosan kautta, osan kiertäessä lahden kautta. Lahden virtauksiin ja veden vaihtoon vaikuttaa Tenetinvirran virtaustilanteen lisäksi tuulten aiheuttamat virtaukset. Tikkalahden syvyys on noin 6-13 m (Kuva 6) ja etäisyys kaivosalueelta noin 16 km. Tarkemmin lahden virtauksia on laskettu kulkeutumismallinnuksen yhteydessä kappaleessa 6.

12 10 Kuva 6. Tikkalahden syvyysolot Vaihtoehto 4: Oulujärven Toukansalmi Oulujärven Toukansalmen kautta virtaa Sotkamon reitin vesien lisäksi Hyrynsalmen reitin vedet, mikä kasvattaa valuma-aluetta tuntuvasti. Toukansalmen valuma-alue on noin km 2. Valuma-alueen koon kasvu kasvattaa myös virtaamia, keskialivirtaaman ollessa noin 15 m 3 /s ja keskivirtaaman 196 m 3 /s. Oulujärvi ja Hyrynsalmen reitti ovat säännösteltyjä vesistöjä, mikä vaikuttaa merkittävästi Oulujärven virtauksiin ja vedenpinnan korkeuksiin. Toukansalmen poikkipinta-ala on noin 4600 m 2 ja Toukansaaren ja Koutaniemen välisen salmen poikkipinta-ala vastaavasti 650 m 2 (Kuva 7). Toukansalmen syvyys on noin 20 metriä. Poikkipinta-alojen suhteella laskettuna Toukansalmen keskivirtaama on 172 m 3 /s. Toukansalmen virtausnopeus 4600 m 2 poikkialalla on tällöin 3,7 cm/s.

13 11 Kuva 7. Toukansalmen syvyysolot. Poikkipinta-alojen eroista johtuen kuvan (Kuva 8) virtaamista ohjautuu lähes 90 % Toukansalmen kautta. Virtaamiin vaikuttaa tulovirtaamien lisäksi Oulujärven säännöstely ja tuulitilanteet. Matkaa kaivosalueelta Toukansalmeen kertyy noin 44 km. Kuva 8. Oulujärven Toukansaaren kapeikon läpivirtaamien ääriarvoja Vaihtoehto 5: Oulujärven Alassalmi Toukansalmen kapeikosta vedet purkautuvat Ärjäselälle, mistä pääosa vesistä purkautuu Manamansalon eteläpuolitse Alassalmen kautta. Lisävesiä Oulujärveen ennen Alassalmea tulee Oulujärven eteläpuoleisilta valuma-alueilta. Valuma-alue kasvaa noin 1551 km 2 :llä. Alassalmen valuma-alue on noin km 2. Vesistömallijärjestelmän tietojen mukaan keskialivirtaama on valuma-alueen rajalla luokkaa 27 m 3 /s ja keskivirtaama 209 m 3 /s. Alassalmen poikkipinta-ala on 3200 m 2, joka on noin 96 % Oulujärven kokonaispoikkipinta-alasta Manamansalon kohdalla. Poikkialojen suhteella laskettuna Alassalmen keskivirtaama on siten noin 201 m 3 /s, jolloin virtauksen keskinopeus olisi 6,3 cm/s. Väylän syvyys keskiveden korkeudella on luokkaa 8-9 m (Kuva 9). Etäisyys Talvivaarasta on noin 67 km.

14 12 Kuva 9. Alassalmen syvyyskartta. Ärjänselältä Niskanselälle purkautuvat vedet virtaavat lähes kaikki Alassalmen kautta. Kuvassa (Kuva 10) on esitetty virtaamien vaihtelua Alassalmessa. Virtausoloihin pätevät edellä Toukansalmen tarkastelun yhteydessä kuvatut tekijät. Kuva 10. Oulujärven Alassalmen läpivirtaamien ääriarvoja.

15 3.3 Purkualueiden vesistöjen tila ja vesienhoidon tavoitteet Seuraavassa (Taulukko 1) on hyvin lyhyesti tarkasteltu purkualueiden yleistä tilaa ja niiden vesienhoidollista tilaa suhteessa tavoitteeseen. Taulukko 1. Vaihtoehtoisten purkualueiden yleinensekä vesienhoidollinen tila (Oulujoen- Iijoen vesienhoitoalueen vesienhoitosuunnitelma, 2009). 13 Vaihtoehto Tila-arvio 1: Katerma Alapuolinen Ontojoki on suuri kangasmaiden joki (Sk) o o o o Ekologista tilaa ei ole luokiteltu, mutta asiantuntijaarvion perusteella tila on hyvä Voimakkaasti muutettu Kemiallinen tila on hyvä Tavoitetila saavutettu Alapuolinen Iso-Kiimanen on keskikokoinen humusjärvi (Kh) o o o Ekologinen tila hyvä Kemiallinen tila hyvä Tavoitetila saavutettu Katerman lähialueella (r = 1 km) on noin asumusta. 2 ja 3: Tenetti ja Tikkalahti Yläpuolinen Pirttijärvi on hyvin lyhytviipymäinen järvi (Lv) o o o Asiantuntija-arvion mukaan ekologinen tila hyvä Kemiallinen tila hyvä Tavoitetila saavutettu Alapuolinen Nuasjärvi on suuri humusjärvi (Sh) o o o Ekologinen tila hyvä Kemiallinen tila hyvä Tavoitetila saavutettu Tenetin lähialueella Vuokatin taajama ja Vuokatin matkailuja urheilualue 4 ja 5: Toukansalmi ja Alassalmi Oulujärvi on suuri Humusjärvi (Sh) o o o Ekologinen tila hyvä Kemiallinen tila hyvä Tavoitetila saavutettu Toukansalmi jakaa järven Paltaselkään ja Ärjänselkään Alassalmi jakaa järven Ärjänselkään ja Niskanselkään Toukansalmen lähialueella (r = 3 km) muutama asumus ja Alassalmen lähialueella (r = 3 km) on noin asumusta. 3.4 Laimentumisolot Vesistövaikutusten kannalta laimenemisolosuhteilla on suuri merkitys päästövesien aiheuttamien vesistövaikutusten kannalta. Mitä suuremmat virtaamat ja virtausnopeudet

16 vesistöalueella ovat, sen pienemmiksi pitoisuuden nousut jäävät. Uudessa lupapäätöksessä on määrätty, että kaivosalueelta nykyisiin purkupaikkoihin johdettavien jätevesien yhteenlaskettu päästö voi olla vuodesta 2015 alkaen enintään, Nikkeli 250 kg/a Kupari 150 kg/a Sinkki 300 kg/a Mangaani kg/a Sulfaatti t/a Natrium 650 t/a. Sulfaatin pitoisuus poistovesissä saa olla enintään mg/l ja mangaanin 2 mg/l, mikä tarkoittaa yllä mainituilla vuosikuormituksilla vesimäärää 1,3 milj. m 3 /a. Vettä muodostuu kaivosalueella kuitenkin selvästi tätä enemmän, keskimääräisellä sadannalla arviolta noin 6,0 Mm 3 /a, mikä johtaa lupaehtoja suurempaan vuosikuormitukseen. Suuremmasta purkuvesitarpeesta johtuen päästövesille onkin aloitettu vaihtoehtoisten purkupaikkojen etsintä. Edellä kuvattujen purkupaikkojen laimennusolosuhteita on vertailtu keskenään taulukossa (Taulukko 2). Vertailukuormituksena on tässä yhteydessä käytetty t sulfaattia ja 10,4 t mangaania (valittu sattumanvaraisesti). Laimennusolosuhteiden vertailemiseksi on taulukkoon koottu sulfaatin ja mangaanin osalta pitoisuusnousut vastaanottavien vesien keskivirtaamatilanteessa. Taulukossa on siis vertailtu samalla kuormituksella purkupaikkojen välisiä karkeita eroja laimennusolosuhteissa. Sekoittumispitoisuus kuvaa pitoisuusnousua keskivirtaamatilanteessa, kun päästövedet ovat sekoittuneet kokonaisuudessaan välittömästi purkualueen läpi virtaavaaan vesimäärään. Laskelmassa ei ole huomioitu purkuveden vesimäärä, mikä vaikuttaa kaivosalueen pienten lähijärvien, kuten Kivijärvi, pitoisuuksiin, sillä niissä virtaamat kasvavat suhteellisesti eniten purettavien jätevesien johdosta. Laimennusolosuhteita on lisäksi verrattu nykyisillä purkureiteillä oleviin järviin, joita ovat Kolmisoppi Oulujoen vesistöalueella sekä Kivijärvi Vuoksen vesistöalueella (Taulukko 2). Huomioitavaa kuitenkin on, että näidenkin järvien osalta laimennuslaskelmissa on käytetty edellä mainittuja kuormituksia, eikä esim. kokonaispäästön jakoa vesistöalueiden kesken ole huomioitu. Tarkemmin vesistövaikutuksia arvioidaan tuonnempana kolmen jatkoon valitun purkupaikan tarkasteluissa. Vertailukuormituksella laskettuna sulfaattipitoisuus nousee nykyisillä purkualueilla tasolle mg/l, Sotkamon reitillä 2 3 mg/l ja Oulujärvessä alle 1 mg/l. Taulukko 2. Sulfaatin ja mangaanin laskennalliset sekoittumispitoisuusnousut vastaanottavien vesien keskivirtaamatilanteessa. Vertailuormituksena on käytetty t sulfaattia ja 10,4 t mangaania. Purkupaikkavaihtoehto Kolmisoppi, luusua Kivijärvi 1. Katerma 2. Tenetti 3. Tikkalahti 4. Toukansalmi 5. Alassalmi Keskivirtaama (MQ) [m 3 /s] 1,1 0, Sulfaatti [mg/l] ,9 2,2 2,2 0,8 0,8 Mangaani [µg/l] ,9 4,3 4,3 1,7 1,6 14

17 4 JATKOTARKASTELUUN VALITUT VAIHTOEHDOT JA NIIDEN VESISTÖVAIKUTUSTEN ARVIOINTI Vaihtoehtojen valinta Edellä kuvatun purkupaikkojen laimentumisolosuhteiden vertailun perusteella valittiin jatkotarkasteluun seuraavat purkualueet, 1. Tenetti 2. Nuasjärven Tikkalahti 3. Oulujärven Toukansalmi Perustelussa painottui lähinnä mahdollisimman hyvät laimenemisolot sekä teknistaloudelliset näkökohdat eli etäisyys kaivosalueelta. Valittujen purkualueiden jatkotarkastelussa vertaillaan tarkemmin päästövesien vesistövaikutuksia, vaikutusalueiden laajuutta, sekä veden laadun ja käytön eroja. 4.2 Vesien käsittely ja kuormitus Talvivaara Sotkamo Oy:n kaivoksen vesienkäsittely perustuu jäännösmetallien saostamiseen päästövesistä niukkaliukoisina hydroksideina. Käsitellyn veden jälkiselkeytysmuotona käytetään laskeutusaltaita. Metallit saostetaan pääosin kalkkipohjaisilla materiaaleilla, kuten sammutettua kalkkia (Ca(OH) 2 ). Metallien talteenotossa käytetään myös lipeää (NaOH) ph:n säätöön, mikä on nostanut päästövesien natriumpitoisuuksia. Mikäli sulfaattipitoisuus on riittävän korkea, saostuu prosessissa mahdollisesti myös kipsiä (CaSO 4 2H 2 O). Kipsin liukoisuus huomioiden kalkkisaostuksella ei kuitenkaan voida laskea päästövesien sulfaattipitoisuutta pitoisuustasoa 1500 mg/l alhaisemmalle tasolle. Lisäksi alkalimetallien, kuten natriumin (Na) on havaittu heikentävän kipsin saostumista, mikä näkyy päästövesissä edellä mainittua pitoisuustasoa selvästi korkeampina sulfaattipitoisuuksina. Natriumia käsiteltyyn veteen päätyy esim. lipeän käytöstä. Talvivaara Sotkamo Oy:n merkittävimmät vesistövaikutukset ovat pääosin peräisin purkuvesimääristä ja päästövesien korkeista sulfaatti- ja natriumpitoisuuksista. Korkea natrium- ja sulfaattikuormitus yhdessä kaivospiirin sijainnin (vedenjakajalla) kanssa ovatkin johtaneet nykyisten purkureittien pienten järvien ja latvapurojen suolaantumiseen. Nykyisten purkureittien vastaanottavien vesien alhainen vesimäärä ja siitä johtuva heikko laimennuspotentiaali on johtanut kaivosalueen alapuolisissa vesissä korkeisiin sulfaatti- ja natrium-pitoisuuksiin. Päästövesien suolapitoisuudesta johtuen päästövedet ovat olleet myös vastaanottavia vesiä raskaampia, mikä on johtanut kaivospiirin lähijärvien kerrostumiseen ja suolapitoisten vesien kertymiseen järvien alusveteen. Kerrostuneisuudesta johtuen järvien normaali vedenvaihto (kevät- ja syystäyskierrot) ja aineiden kierto on myös estynyt. Kaivosyhtiön oman arvion mukaan kaivoksen toiminnan turvaamiseksi joudutaan kaivosalueelle kertyneitä ylimääräisiä vesiä purkamaan ympäristöön. Vesimäärä vaihtelee vuosittain sadannan mukaan. Tässä selvityksessä hyödynnetyt purkuvesimäärät, purkuvesien laatu ja niiden aiheuttama sulfaattikuormitus on esitetty taulukossa (Taulukko 3). Vesien johtamisen on oletettu tapahtuvan tasaisena virtaamana ympäri vuoden.

18 16 Taulukko 3. Mallilaskelmissa hyödynnetyt purkuvesimäärät [m 3 /h] ja sulfaatin vuosikuormitus kahtena kolmen vuoden jaksona. Ajanjakso Purkuvesimäärä [m 3 /h] Sulfaattipitoisuus [mg/l] Kuormitus [t/a] Seuraavassa kappaleessa on tarkasteltu laskennallisesti alkulaimentumista sekä sen jälkeistä päästövesien kulkeutumista edellä mainituilla kolmella purkualueella.

19 5 ALKULAIMENTUMISEN ARVIOINTI Purkupaikkojen alkulaimennusta, vesien sekoittumista ja syntyneen vesiseoksen ns. pluumin pitoisuuksia ja liikkeitä tarkasteltiin purkualueiden läheisyydessä käyttäen apuna Cormix (Mixing Zone Expert System, United States Environmental Protection Agency) mallinnusta. Laskentamalli ei ole varsinainen vesistömalli, jossa ratkaistaan tarkasti virtauskentät, mutta se ennustaa kuitenkin matemaattisesti virtaus- ja liikeyhtälöiden avulla annetuissa olosuhteissa syntyvän jätevesiseoksen, pluumin muotoja, liikkeitä ja sekoittumisastetta. Laskentamallin avulla saadaan käsitys alkulaimennuksista ja purkujärjestelyjen ja purkupaikan vaikutuksesta alkulaimennukseen. Sulfaatin lisäksi alkulaimennusta ja sekoittumisvyöhykkeitä on seuraavassa tarkasteltu nikkelin, kadmiumin ja mangaanin osalta. Käsitellyn kaivosveden purkautuessa vesistöön tapahtuu aluksi nopea alkulaimentuminen, jossa pitoisuudet voivat kuitenkin vielä olla korkeita verrattuna kauempana purkuputkesta olevaan tilanteeseen. Mitä lähempänä purkuputkea ollaan, sitä suurempia pitoisuudet ovat, maksimiarvona putken suulla purkuvesistössä hetkellä t 0 päästöveden pitoisuus on sama kuin purkuputkessa. Laskentojen lähtöoletuksena on käytetty pyöreää pohjalle asennettua purkuputkea, jonka halkaisija on noin 60 cm ja purkautuvan veden nopeus 1 m/s. Hankkeen mahdollinen eteenpäin vieminen edellyttää luonnollisesti purkuputken esisuunnittelua, jolloin lähtöarvot voivat vielä tarkentua. Laskelmissa hyödynnetty malli tulostaa lähialueen (near field region), missä se liikeyhtälöiden avulla ennustaa purkautuvan suihkun muodon, taipumisen ja sekoittumisen lähialueella. Lähialueeseen vaikuttavat purkusuihkun ominaisuudet (muoto, suunta, liikeenergia, jne.) ja vesien välinen tiheysero. Lähialueen sekoittumisoloihin voidaan vaikuttaa mm. purkujärjestelyillä. Mallin tulostuspisteitä ei voida kuitenkaan säätää, vaan malli tulostaa tietyt pisteet sekä near field että far-field alueille Vaihtoehto 1: Tenetti Purkualueen poikkipinta-ala on luokkaa 214 m 2, mikä keskivirtaamatilanteessa (76 m 3 /s) tarkoittaa laskennallista virtausnopeutta 36 cm/s. Purettaessa keskivirtaamatilanteessa jätevettä Tenetin virtaan ja suunnaten purkuputki uoman pohjalta noin 45 kulmassa ylös ja kohtisuorassa päävirtaussuuntaan nähden, purkupluumista muotoutuu kuvan (Kuva 11) mukainen purkuviuhka (Cormixin tyypittely NH4A2) sulfaattipitoisuuden ollessa mg/l. Päästövedet virtaavat purkualueella pohjanmyötäisesti samalla laimeten. Laimentuminen on nopeinta purkupaikan läheisyydessä (0 210 m), missä voi tapahtua myös lievää takaisinvirtausta. Sekoittumissuhde purkuputken läheisyydessä on 1:1 1:80, jonka jälkeen pluumi on täysin sekoittunut vertikaalisesti (Kuva 12). Laskennassa purkualueen oletettu syvyys on 3 m.

20 18 Kuva 11. Cormix-laskelman ennustama purkupluumin muoto ja sekoittuminen sulfaattipitouuden ollessa mg/l. Laimennussuhteiden avulla voidaan laskea myös pluumin keskilinjan ainepitoisuudet (Taulukko 4). Laskennassa sulfaatin lähtöpitoisuus on 4000 mg/l, nikkelin 200 µg/l, kadmiumin 10 µg/l ja mangaanin 2 mg/l. Vertailun vuoksi voidaan mainita, että alkuvuoden 2014 keskimääräiset pitoisuudet ovat olleet kaivosyhtiön mukaan edellä mainittuja alhaisempia. Laskelman mukaan lähialueella sulfaattipitoisuus laimenee 4000 mg/l 50 mg/l, nikkelipitoisuus 200 µg/l 3 µg/l, kadmium-pitoisuus 10 µg/l 0,1 µg/l ja mangaanipitoisuus 2 mg/l 0,03 mg/l (Taulukko 4). Keskivirtaamatilanteessa sulfaattipitoisuuden nousu täysin sekoittuneessa tilanteessa on 12,5 mg/l, joka vastaa laimennussuhdetta 1:160. Kuvan (Kuva 11) mukaan tämä saavutettaisiin noin 1,5 kilomerin matkalla. Taulukko 4. Purkupluumin keskilinjan laskennallinen ainepitoisuus m:n lähialueella (x on pluumin keskiviivan etäisyys purkupaikasta). x [m] SO 4 [mg/l] Ni [µg/l] Cd [µg/l] Mn [mg/l] ,2 4,3 3,8 3,4 3,1 2,8 1,5 0,6 0,2 0,1 2 1,1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,6 0,3 0,1 0,05 0,03 Jäteveden tiheys riippuu sen sisältämien suolojen määrästä, joten sulfaattipitoisuus vaikuttaa merkittävästi purkuveden tiheyteen ja siten myös sen liikkeisiin. Sulfaattipitoisuudella mg/l lähialue on noin 125 metriä. Pluumin muoto pysyy muuten samana, mutta laimennussuhteet muuttuvat (Kuva 12).

21 19 Kuva 12. Cormix-laskelman ennustama purkupluumin muoto ja sekoittuminen sulfaattipitouuden ollessa 2000 mg/l. Pienemmän tiheyseron tapauksessa sulfaattipitoisuus lähialueella (0-130 m) laimenee 2000 mg/l 59 mg/l, nikkelipitoisuus 200 µg/l 6 µg/l, kadmium-pitoisuus 10 µg/l 0,3 µg/l ja mangaanipitoisuus 2 mg/l 0,1 mg/l (Taulukko 5). Noin 240 m:n päässä sulfaattipitoisuus on 26 mg/l, nikkeli 2,5 µg/l, kadmium 0,13 ja mangaani 0,03 mg/l.

22 20 Taulukko 5. Purkupluumin keskilinjan laskennallinen ainepitoisuus m:n lähialueella ja 245 m:n etäisyydellä purkuputkesta. x [m] SO 4 [mg/l] Ni [µg/l] Cd [µg/l] Mn [mg/l] ,2 4,6 4,2 3,7 3,2 3,0 1,6 0,5 0,3 0,1 2,0 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,6 0,3 0,1 0,1 0,0 Alivirtaamatilanteessa (13 m 3 /s) lähialue laajenee selvästi. Esimerkiksi sulfaatin lähtöpitoisuudella 4000 mg/l on laimenemispitoisuus tasolla 700 mg/l vielä 2500 m:n päässä purkupaikasta. Vuoden 2003 kaltaisina purun kannalta epäedullisina vähävetisinä vuosina virtaamista noin 78 % voi olla alle keskivirtaaman (76 m 3 /s) ja alle keskialivirtaaman (13 m 3 /s) olevia vuorokausivirtaamia noin 3 % (Kuva 13). Vuosi 2003 oli Oulujärven Aittojoen valuma-alueella vuosijakson seitsemänneksi kuivin vuosi (Kuva 25). Kuva 13. Tenetin virtaamien jakauma kuivana vesivuonna Vaihtoehto 2: Tikkalahti Purettaessa kaivosvettä (4000 mg/l sulfaattia) Tikkalahteen käyttäen purkualueella virtausnopeutena 1 cm/s ja suunnaten purkuputki järven pohjalta suoraan ylöspäin, pluumista muotoutuu kuvan (Kuva 14) mukainen purkutyyppi, Cormixin tyypittely NV5. Jätevedet valuvat takaisin purkupaikan lähialueen pohjakerrokseen leviten virtausten mukana myös voimakkaasti vastavirtaan samalla hitaasti laimeten. Laimennussuhde 1:80 saavutetaan noin 900 m:n päässä purkupaikasta (Kuva 14). Vastaanottavan vesistön virtausnopeuden ollessa pienempi, pluumin muoto on todennäköisesti samanlainen, mutta laimentuminen on hitaampaa. Tarkemmin kulkeutumista Tikkalahden osalta on tarkasteltu kappaleessa 6.

23 21 Kuva 14. Cormix-laskelman ennustama purkupluumin muoto ja sekoittuminen sulfaattipitoisuuden ollessa mg/l. Laimennussuhteiden avulla pluumin keskilinjan ainepitoisuudet ovat taulukon (Taulukko 6) mukaisia. Laskennassa sulfaatin lähtöpitoisuus on kuten edellä 4000 mg/l, nikkelin 200 µg/l, kadmiumin 10 µg/l ja mangaanin 2 mg/l. Laskelman mukaan 1500 m:n päässä sulfaattipitoisuus laimenee tasolta 4000 mg/l tasolle 36 mg/l, nikkelipitoisuus 200 µg/l 2 µg/l, kadmium-pitoisuus 10 µg/l 0,1 µg/l ja mangaanipitoisuus 2 mg/l 0,02 mg/l. Taulukko 6. Purkupluumin keskilinjan laskennallinen (x on pluumin keskiviivan etäisyys purkupaikasta). x [m] SO 4 [mg/l] Ni [µg/l] Cd [µg/l] Mn [mg/l] ,15 0,12 0,09 0,07 2,00 0,03 0,02 0,02 0,01 Sulfaattipitoisuus vaikuttaa purkuveden tiheyteen ja siten myös päästöveden liikkeisiin vesifaasissa. Sulfaattipitoisuudella 2000 mg/l pluumin muoto pysyy samana, mutta pienemmistä lähtöpitoisuuksista johtuen sulfaattipitoisuudet ovat hieman pienempiä. Laimennussuhde 1:80 saavutetaan hieman etäämpänä, noin 1100 m:n päässä purkupaikasta (Kuva 15).

24 22 Kuva 15. Cormix-laskelman ennustama purkupluumin muoto ja sekoittuminen sulfaattipitouuden ollessa 2000 mg/l. Vähävetisinä vuosina, kuten vuoden 2003 virtaustilanteessa ja keskimääräisessä tuulitilanteessa (vuosi 2008, Kajaani), purkualueen laskennalliset virtausnopeudet alusvedessä olivat varsin tasaisesti luokkaa 1 cm/s (Kuva 16) Kuva 16. Tikkalahden purkualueen vesistömallilla lasketun (kohta 6) pohjavirtauksen jakatuminen vuoden 2003 virtaustilanteeessa ja keskimääräisessä tuulitilanteessa (Kajaani 2008). Tuulettomina jaksoina kesällä, samoin kuin talvella jääkannen estäessä tuulen vaikutuksen virtausnopeudet ovat vielä edellä mainittua alhaisempia, ollen luokkaa 0,3 0,5 cm/s. Tällöin jätevettä konsentroituu vielä voimakkaammin purkupaikan lähialueen pohjakerrokseen, jolloin sulfaattipitoisuudet voivat olla alusvedessä muutamia satoja mg/l. Kerrostumisen ei arvioida kuitenkaan olevan pysyvää, vaan keväällä jääkannen sulettua vesimassat sekoittunevat purkualueella. Päästövedet voivat tosin äärevöittää talvi- ja kesäkerrostuneisuutta. 5.3 Vaihtoehto 3: Toukansalmi Toukansalmessa keskivirtaama on 196 m 3 /s ja poikkiala noin 4600 m 2, jolloin etelähaaran virtausta huomioimatta laskennallinen virtausnopeus on 4,3 cm/s. Toukansalmen ennustelaskelmissa on oletettu, että purkualueella vastaanottavan vesistön virtausnopeus on 4 cm/s ja purku suuntautuu pohjasta pintaa kohden. Sulfaattipitoisuudella 4000 mg/l muotoutuva pluumi on mallia NH3A2 (Kuva 17) eli jätevedet se-

25 koittuvat sekä väliveteen että pohjanläheiseen vesikerrokseen. Sekoittuminen on kohtuullisen hidasta, noin 50 m:n lähialueella sekoittumissuhde on 1:3 (Kuva 17), jolloin väli/alusvedessä mitataan muutaman sadan m:n matkalla muutaman sadan mg/l olevia sulfaattipitoisuuksia (Taulukko 7). 23 Kuva 17. Cormix-laskelman ennustama purkupluumin muoto ja sekoittuminen sulfaattipitoisuuden ollessa 4000 mg/l. Mallin laimennussuhteilla laskien noin 500 m:n päässä purkuputkesta alusveden sulfaattipitoisuus olisi noin 80 mg/l, nikkelin 4 µg/l, kadmiumin 0,2 µg/l ja mangaanin noin 0,04 mg/l (Taulukko 7).

26 Taulukko 7. Purkupluumin keskilinjan laskennallinen ainepitoisuus. x [m] SO 4 [mg/l] Ni [µg/l] Cd [µg/l] Mn [mg/l] ,6 4,1 1,5 0,9 0,3 10 8,3 2,2 1,1 0,6 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0 2,0 1,7 0,4 0,2 0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 24 Puolta pienemmällä sulfaattipitoisuudella (2000 mg/l) sekoittuminen on samantapaista, mutta pienemmistä lähtöpitoisuuksista johtuen ainepitoisuudet ovat purkualueella pienempiä. Huonoissa virtausoloissa sekoittuminen on heikompaa Hyrynsalmen ja Sotkamon reittien tulovesimäärän ollessa pienempiä. Kuivana vesivuonna (2003) noin 90 % alusveden virtausnopeuksista on alle 4 cm/s (Kuva 18). Kuva 18. Toukansalmen purkualueen pohjavirtauksen laskennallinen (kohta 6) jakatuminen vuoden 2003 virtaustilanteeessa ja keskimääräisessä tuulitilanteessa (Kajaani 2008). 5.4 Yhteenveto alkulaimennuslaskelmista Keskivirtaamatilanteessa laskennallisesti paras välittömän purkualueen alkulaimennus saadaan Tenetin virran vaihtoehdossa, jossa virtausnopeudet ovat selvästi muita purkualueita suurempia. Laskennassa pitoisuudet säilyvät pitkään tasolle 1:150, mutta todellisuudessa Tenetinvirran jälkeen vedet purkautuvat Nuasjärveen, jossa tapahtuu selvästi Cormix-laskelmaa tehokkaampaa laimentumista. Toukansalmessa ja Tikkalahdessa välittömän purkualueen laimennussuhteet ovat samaa tasoa, mutta Toukansalmessa suuremmista virtausnopeuksista ja vesimääristä johtuen jatkolaimentuminen on selvästi tehokkaampaa (Kuva 19). Kaikissa vaihtoehdoissa sulfaattipitoisuus laimenee pääsääntöisesti alle 200 mg/l noin 500 m:n säteellä purkupaikasta, joskin aivan kapea-alaisissa syvänteissä voi esiintyä

27 korkeampiakin pitoisuuksia. Tuulettomina jaksoina kesällä, sekä talvella jääkannen estäessä tuulen vaikutuksen ovat virtausnopeudet Tikkalahdessa ja Toukansalmessa hyvin pieniä, jolloin jätevettä konsentroituu voimakkaammin purkualueille niiden pohjan läheisiin vesikerroksiin. Tällöin purkualueella (alusvedessä) voidaan mitata satoja mg/l olevia sulfaattipitoisuuksia. 25 Kuva 19. Cormix-laskelman ennustama sekoittumisaste eri purkupaikkavaihtoehdoilla etäisyyden funktiona sulfaattipitoisuudella 4000 mg/l. Talvivaaran käsitellyt jätevedet sisältävät arvion mukaan nikkeliä keskimäärin 200 µg/l, mangaania 2 mg/l ja kadmiumia 10 µg/l. Metallipitoisuuksina on laskelmissa hyödynnetty näin lähelle luparajoja olevia pitoisuustasoja. Huomioitavaa on, että pitoisuustasot ovat kaivosyhtiön oman arvion mukaan konservatiivisia eli alkuvuoden 2014 pitoisuudet ovat olleet tässä esitettyä alhaisempia. Kaikilla purkualueilla metallipitoisuudet nousevat selvästi luonnontasoista. Laskentojen perusteella purkualueilla mitataan muutamia kymmeniä µg/l pitoisuustasoja nikkeliä ja muutamia µg/l kadmiumia. Sisämaan pintavesille säädetty nikkelin ympäristölaatunormi (AA EQS) on 21 µg/l (EQS + luontainen taustapitoisuus). Kadmiumin asetuksen (Vna 868/2010) mukaisella taustapitoisuudella korjattu ympäristölaatunormi on 0,1 0,26 μg/l vaihdellen veden kovuuden mukaan. Huomioitavaa on, että purkupaikkojen vedet ovat tarkkailutietojen perusteella kokonaiskovuudeltaan erittäin pehmeitä tai pehmeitä (kts. 0). Kadmiumin ympäristönlaatunormi purkupaikoilla tuleekin näin olemaan 0,1 (kovuusluokat 1 ja 2). Vesiympäristölle vaarallisista ja haitallisista aineista annettuihin ympäristönlaatunormeihin liittyen on Euroopan Unionin parlamentti ja neuvosto asettanut elokuussa 2013 direktiivin 2013/39/EU, direktiivien 000/60/EY ja 2008/105/EY muuttamisesta luonnonvesien prioriteettiaineiden laatunormien ja ohjearvojen osalta. Jäsenvaltioiden on saatettava kyseisen direktiivin noudattamisen edellyttämät lait, asetukset ja hallinnolliset määräykset voimaan viimeistään mennessä. Raskasmetallien osalta nikkelin (4 µg/l) ja lyijyn (1,2 µg/l) ympäristönlaatunormit (AA- EQS) tulevat laskemaan nykyisestä tasosta. Ympäristönlaatunormi on annettu metallien liukoisen pitoisuuden vuosikeskiarvolle. Lisäksi nikkelille (34 µg/l) ja lyijylle (14 µg/l) on direktiivissä asetettu niin sanottu suurin sallittu pitoisuus (MAC-EQS). Pitoisuudet tulevat jatkossa vastaamaan raskasmetallien biosaatavaa pitoisuutta vesistöissä. Biosaatavan pitoisuuden määrittämiselle ei kuitenkaan ole saatavilla vielä standardoitua menetelmäohjeistusta.

28 Nikkelin ja kadmiumin pitoisuudet ylittävät laskennassa käytetyillä pitoisuustasoilla siten nykyisin voimassa olevat ympäristönlaatunormit kaikissa vaihtoehdoissa useamman sadan metrin etäisyydellä purkupaikasta. Ylityksiä on odotettavissa myös vuonna 2015 voimaan tulevien suurimpien sallittujen pitoisuuksien osalta purkupaikkojen lähialueilla. Näin ollen kaikki purkupaikkavaihtoehdot vaativat mahdollisen lupakäsittelyn yhteydessä sekoittumisvyöhykkeen määräämisen. Sekoittumisvyöhykkeen määräämisestä säädetään vesiympäristölle vaarallisista ja haitallisista aineista annetun valtioneuvoston asetuksessa (Vna 1022/2006). Päästövesien sekoittumista voidaan pyrkiä tehostamaan optimoimalla purkujärjestelyjä suunnittelemalla purkurakenteet ja -tavat siten, että sekoittuminen olisi mahdollisimman tehokasta. Alkupitoisuuksia purkuputken suulla voidaan alentaa esimerkiksi rakentamalla ranta-alueelle pumppaamo (kaksi-kolme kertaa jätevesivirtaama) ja pumppaamalla järvivettä purkuputkeen, jolloin samalla voidaan lisätä purkuveden liike-energiaa. Kokonaiskuormitukseen järjestely ei luonnollisesti vaikuta, mutta tehostaa alkulaimentumista. Kaikkien purkupaikkavaihtoehtojen lähialueiden ainepitoisuudet tulevat kuitenkin olemaan alhaisempia kuin nykyisten purkualueiden ainepitoisuudet johtuen selvästi suuremmista vesimääristä vastaanottavassa vesistössä. Arvioinnissa hyödynnetty Cormix-laskentaohjelmisto ei ole varsinainen vesistömalli, jossa ratkaistaan matemaattisesti aina kyseisen alueen virtaussuunnat ja nopeudet. Cormix- laskee matemaattisten yhtälöiden avulla sekoittumisastetta keskiarvoistaen mm. virtausnopeuksia, syvyyksiä jne. Kyse on siis ennustamisesta käytetyillä keskimääräisillä lähtöarvoilla. Sekoittuminen purkuputken suulla on tapahtuma, johon vaikuttaa monet tekijät. Laskelma on varsin herkkä muutoksille (purkunopeus, tiheys, vastaanottavan vesistön virtausnopeudet ja suunta), mutta se antaa kuitenkin kuvan sekoittumisesta ja sen eroista eri alueilla ja soveltuu näin purkualueiden välisen vertailuun. Ohjelmiston avulla voidaan myös optimoida purkujärjestelyjä. Lisäksi on huomioitava, että vaihtoehdot poikkeavat virtausololtaan toisistaan salmissa ja virtapaikoissa virtausolot ovat helpommin arvioitavissa kuin järvialueilla. Kappaleessa 6 onkin pyritty tarkemmin arvioimaan varsinaisella 3-D vesistömallinnuksella purkuvesien liikkeitä ja laimentumista purkupaikalta etäämmäksi siirryttäessä. 26

29 6 JÄTEVESIEN KULKEUTUMINEN JA JATKOLAIMENTUMINEN Sulfaattipitoisten vesien jatkokulkeutumista arvioitiin 3D-vesistömallin EFDC, (Environmental Fluid Dynamics Code) avulla. Mallin on kehittänyt Virginia Institute of Marine Science:ssa John Hamrick alun perin rannikkovesien mallinnustehtäviin. Yhdysvaltojen ympäristönsuojeluviranomainen EPA (Environmental Protection Agency) on jatkanut mallin kehitystyön tukemista ja malli on nykyään vesistöjen kuormitussietokyvyn arviointiin tarkoitettujen suositeltujen mallien joukossa Yhdysvalloissa. Mallin jatkokehitystä on tehty Dynamic Solutions-International LLC - konsulttialan yrityksessä. Heidän toimestaan on laadittu lisäksi graafinen käyttöliittymä (EFDC Explorer, EE) mallin laadinnan ja tulosten käsittelyn ja havainnollistamisen tueksi (Craig 2011). Kyseistä mallia on käytetty Talvivaaran jätevesien kulkeutumisen arviointiin jo aiemmin. Ongelmaksi laskennassa on todettu aikaisemmin huonosta alkulaimennuksesta johtuvat poikkeavan korkeat suolapitoisuudet. Lisäksi malli ei ole pystynyt luotettavasti ennustamaan vesien kerrostumista ja sen säilymistä purkualueiden lähijärvissä. Laskennan pystysuoran kuvauksen tarkentamiseksi matalimmissa sulfaattipitoisuuksissa, laskentamallia kalibroitiinkin näin Jormasjärven aineistolla Mallin kalibrointi Jormasjärven havainnoilla Mallin kalibrointilaskennoissa käytettiin Jormasjärven (Kuva 20). mittaisaineistoa ja sulfaattikuormituksena Tuhkajoesta purkautuvia mitattuja sulfaattipitoisuuksia Jormasjärven valuma-alue on 300 km 2 ja keskivirtaama 3,3 m 3 /s. Järven pinta-ala on 2200 ha ja tilavuus 183 milj. m 3, jolloin sen teoreettinen viipymä on noin 640 d. Päivittäiset virtaamat poimittiin vesistömallista. Epätarkkuutta kuormitusarvioon aiheutuu virtaamien arvioinnista (ei suoraan mitattua tietoa) ja pitoisuushavaintojen vähäisestä määrästä, esimerkiksi vuosilta oli käytettävissä vain 3-5 havaintoa vuodessa.

30 28 Kuva 20. Jormasjärven sijaintikartta. Kerrostuneisuusoloihin vaikuttaa pääasiassa veden lämpötila- ja tiheyserot. Malli tarvitsee syöttötietona jätevesiseoksen suolaisuuden ja lämpötilan, joiden avulla se laskee tiheyden. Kenttämittauksia jäteveden sulfaattipitoisuuden ja veden tiheyden välisestä riippuvuudesta ei ole. Sulfaattipitoisuuden riippuvuutta tiheydestä kuvattiin seuraavasti: SO 4 johtokyky suolaisuus ( ) tiheys. Sulfaattipitoisuuden ja johtokyvyn välillä on selkeä riippuvuus (Kuva 21).

31 29 Kuva 21. Sulfaattipitoisuuden ja johtokyvyn välinen riippuvuus Tuhkajoessa. Suolaisuuden ja tiheyden välistä riippuvuutta kuvattiin Olkiluodon pohjavesiselvityksestä havaitulla riippuvuudella: S [g/l eli ]=8, joht joht, missä joht=[s/m] Tätä riippuvuutta kalibroitiin vuosien aineistolla, siten että järvessä havaitut pitoisuudet vastasivat mahdollisimman hyvin laskettuja pitoisuuksia. Tällöin saatiin kuvan (Kuva 22) mukainen sulfaattipitoisuuden ja tiheyden välinen riippuvuus, jota hyödynnettiin jatkolaskennoissa. Sulfaatin poistumana (sedimentaatiokertoimena) käytettiin puoliintumisaikaa 600 vrk eli noin 1,6 vuotta. Arvoon päädyttiin hyödyntämällä eri vuosien tarkkailu- ja kuormitustietoja mallin kalibroinnissa (Pöyry Finland Oy, 2012). Tuulitietoina käytettiin vuosien Kajaanin tuulitietoja, toistaen niitä myös 2012 ja Näillä arvoilla laskettiin, verifioitiin, mallia myös vuoden 2013 arvojen perusteella. Kalibrointilaskentojen kuvaajat ja vertailu havaittuihin arvioihin on esitetty kuvassa (Kuva 23). Havaintopaikkojen sijainti selviää liitekartasta 1. Kalibrointien ja verifioinnin jälkeen voidaan todeta, että näin menetellen malli kuvaa kohtuullisen hyvin sulfaattipitoisuuden leviämistä ja kerrostumista käytetyillä laskentaparametreilla. Kuva 22. Tiheyden riippuvuus sulfaattipitoisuudesta.

32 30 Kuva 23. Mallin kalibrointitulokset Jormasjärven aineistolla. Havaintopaikka Jor 5 on Tuhkajoen edustalla, Jor 3 keskellä Jormasjärveä. 6.2 Kulkeutumisen mallinnus ja lähtöarvot Numeerista ratkaisua varten mallinnettava alue Tenetistä Oulujärven luusuaan jaettiin laskentaelementteihin, joiden keskimääräisen virtausnopeuden ja vedenkorkeuden malli laskee. Laskentaelementtien kokoa tarkennettiin alueellisesti siten, että elementin koko kasvoi purkupisteestä etäännyttäessä. Tikkalahdella ja Tenetissä purkualueella hilakoko oli noin 250 x 250 m ja kauempana noin 500 x 500 m (Kuva 24). Syvyyssuunnassa käytettiin kuvaustapaa, jossa laskentakerrosten lukumäärä syvyyssuunnassa oli kaikissa pisteissä sama, 6 tasapaksua kerrosta.

33 31 Kuva 24. Mallinnettu alue ja syvyyssuhteet. Vaikutuksia laskettiin hydrologisilta oloiltaan ns. kuivana vuotena ja ns. märkänä vuotena. Vesistömallista saatujen virtaamien perusteella aineistosta valittiin kuivaksi vuodeksi vuosi 2003 ja märäksi vuodeksi vuosi Kuvassa (Kuva 25) on esitetty Aittojoen vesistömallista poimitut virtaamat luokiteltuna virtaamien mukaan. Kuva 25. Aittojoen (Jaalanka) vuoden keskivirtaamat nousevassa sarjassa. Laskennassa käytetty kuiva ja märkä vuosi merkattu kuvaan punaisella. Tiedot poimittu vesistömallista. Virtaamien syöttöpisteet olivat Tenetti (F =6 675 km 2 ), Jormasjoki (F = 312,53 km 2 ), Kontinjoki (F = 88,06 km 2 ), Kiehimäjoki (F = km 2 ), Varisjoki (F = 415,08 km 2 ), ja Aittojoki (F = 245,44 km 2 ). Jokien purkupisteet selviävät kuvasta (Kuva 26). Kuivana vesivuotena Tenetin virtaaman keskiarvo oli 59,3 m 3 /s ja märkänä 116 m 3 /s. Jylhämän vastaavat virtaamat olivat 134,1 m 3 /s ja 329,3 m 3 /s. Muun lähivaluma-alueen virtaamia ei malliin erikseen syötetty, jolloin kuiva vuoden laskemissa alivirtaamat korostuvat. Muun lähivaluma-alueen osuus Jylhämässä on noin 17 %. Laskennassa ei huomioitu Kajaaninjoen vuorokausisäännöstelyä, mikä voi vaikuttaa joen lähialueen lyhytaikaisvaihteluihin. Hydrologisilta olosuhteiltaan kuivana vuotena Jylhämän juoksutuksia pienennettiin vastaava määrä, jotta Oulujärven veden korkeus säilyisi oikealla tasolla.

34 32 Kuva 26. Virtaamien syöttöpisteet Tuulten osalta käytettiin vuosien Kajaanin vuoden 2008 tuulitietoja, jolloin suuntajakauma ja tyynien tilanteiden prosenttiosuus oli lähellä pitkän jakson havaintoja (Kuva 27). Kuormitus syötettiin malliin, kuten edellä on esitetty, tiheys ja poistuma kalibroinnin mukaisesti. Kuva 27. Tuulten suunnat vuonna 2008 Kajaanissa ja vuosijakson suunat ja keskinopeudet.

35 6.2.1 Vaihtoehto 1: Jätevesien kulkeutuminen ja laimentuminen Tenetin vaihtoehdossa Tenetti, kuiva vuosi, alkuvuosien kuormitus (SO 4 =30000 tn, 4000 mg/l) Kuivana vesivuotena sulfaattikuormituksen ollessa tn vuodessa pintaveden sulfaattipitoisuus kasvaa välittömästi purkualueen alapuolella Tikkalansalmessa keskimäärin noin mg/l, alusvedessä laskennalliset pitoisuuden nousut ovat selvästi suurempia, luokkaa 60 mg/l. Tikkalansalmessa pitoisuuksien vaihtelu on suurta johtuen virtaamien vaihtelusta. Pintakerroksessa maksimipitoisuuksien nousut ovat yli 50 mg/l, alusvedessä kevään alivirtaamien aikana tasoa 180 mg/l. Sotkamon reittiä alaspäin mentäessä pitoisuuksien nousut ja niiden vaihtelut pienenevät. Nuasjärven pintaosassa keskiarvot ovat tasoa 15 mg/l (alusvedessä mg/l), Paltaselällä luokkaa 6 mg/l (alusvedessä 8 mg/l), Ärjänselällä 4 5 mg/l ja Niskanselällä tasoa 3 4 mg/l. Kuvissa (Kuva 28 ja Kuva 29) on esitetty sulfaattipitoisuuden ajallista että alueellista vaihtelua pinta- ja pohjakerroksessa. Laskentapisteiden sijainti on esitetty kuvassa (Kuva 32). Vaihtoehtojen vertailun helpottamiseksi erilaisten vesivuosien keskiarvotuloksia on koottu yhteenvetotaulukkoon (Taulukko 8) sekä kuvaan (Kuva 79). Kuvissa on käytetty eri skaalausta, jotta vaikutusalueet tulisivat paremmin alueellisessa tarkastelussa esille. Tämä luonnollisesti vaikeuttaa jossain määrin vaihtoehtojen keskinäistä vertailua.

36 34 Kuva 28. Sulfaattipitoisuuden ajallinen vaihtelu pinta- ja pohjakerroksessa eri laskentapisteissä kuivana vesivuotena kuormituksen ollessa tn. Havaintopaikkojen sijainti selviää kuvasta 28.

37 35 Kuva 29. Sulfaattipitoisuuden alueelliset keskiarvot pinta- ja pohjakerroksessa kuivana vesivuotena kuormituksen ollessa tn. Sulfaatin maksimipitoisuudet Nuasjärven alusvedessä ovat tasoa 30 mg/l, etäännyttäessä purkupaikalta alueelliset maksimit pienenevät ja lähenevät keskiarvoja (Kuva 30). Yli 15 mg/l olevia pitoisuuksien nousuja esiintyy Nuasjärven pohjakerroksessa noin % ajasta, pinnassa %. Rehjanselällä pintaveden sulfaattipitoisuuden nousu ylittää 15 mg/l noin kolmanneksen ajasta ja alusvedessä noin puolet ajasta. Oulujärveen Paltajärveltä purkautuvan veden sulfaattipitoisuuden nousu ylittää ko. raja-arvon noin joka kymmenentenä päivänä (Kuva 31).

38 36 Kuva 30. Sulfaattipitoisuuden alueelliset maksimiarvot pinta- ja pohjakerroksessa kuivana vesivuotena kuormituksen ollessa tn.

39 37 Kuva 31. Yli 15 mg/l sulfaattipitoisuuden esiintyminen (% ajasta) pinta- ja pohjakerroksessa kuivana vesivuotena kuormituksen ollessa tn.

40 38 Kuva 32. Mallin tulostuspisteet Tenetti, kuiva vuosi, loppuvuosien kuormitus (SO 4 =10000 tn, 2000 mg/l) Kuivana vesivuotena sulfaattikuormituksen ollessa selvästi edellistä pienempi, tn, pintaveden sulfaattipitoisuus kasvaa välittömästi purkualueen alapuolella Tikkalansalmessa keskimäärin noin 5 7 mg/l. Alusvedessä sulfaatin laskennalliset pitoisuuden nousut ovat suurempia, luokkaa 20 mg/l. Tikkalansalmessa pitoisuuksien vaihtelu on edelleen voimakasta johtuen virtaamien vaihtelusta, vain pitoisuustasot ovat alempia edelliseen laskentavaihtoehtoon verrattuna. Pintakerroksessa maksimipitoisuuksien nousut ovat yli 15 mg/l ja alusvedessä kevään alivirtaamien aikana tasoa 60 mg/l. Sotkamon reittiä alaspäin mentäessä pitoisuuksien nousut ja niiden vaihtelut pienenevät. Nuasjärven pintaosassa keskiarvot ovat tasoa 5 mg/l (pohja 5 7 mg/l), Paltaselällä luokkaa 2 3 mg/l, Ärjänselällä 1 2 mg/l ja Niskanselällä tasoa 1 1,5 mg/l. Kuvissa (Kuva 33 ja Kuva 34) on esitetty sulfaattipitoisuuden ajallista että alueellista vaihtelua pinta- ja pohjakerroksessa. Laskentapisteiden sijainti on esitetty kuvassa (Kuva 32).